劉威澎

摘 要：天然氣水合物廣泛分布于陸域的永久凍土與深海沉積物內(nèi)，是人類(lèi)十分理想的替代能源。本文重點(diǎn)探討了我國(guó)天然水合物資源在勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)方面的進(jìn)展，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)天然氣水合物的開(kāi)發(fā)技術(shù)提出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：天然水合物;開(kāi)發(fā)技術(shù);勘探技術(shù);進(jìn)展

天然氣水合物又被稱作可燃冰，具體指低溫高壓環(huán)境下，水與天然氣所形成的籠形、冰態(tài)化合物，其實(shí)質(zhì)是天然氣在自然界中特殊的存在形式，廣泛分布于水深300米以下的海洋與陸地中的永久凍土中，其顯著特點(diǎn)為儲(chǔ)量大、分布廣。本文將對(duì)我國(guó)天然水合物資源的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)展開(kāi)探討。

1 天然水合物資源的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)展

1.1 成藏機(jī)理的研究

我國(guó)于2008年9月，正式開(kāi)始研究南海天然氣水合物資源的開(kāi)采基礎(chǔ)和富集規(guī)律，將此項(xiàng)研究命名為“973”項(xiàng)目，分別從地質(zhì)條件、熱力學(xué)條件以及氣源條件等不同的角度，對(duì)我國(guó)天然氣水合物的成藏機(jī)理進(jìn)行了分析與探討，以便對(duì)其成藏規(guī)律展開(kāi)更詳盡的研究。最后通過(guò)匯集研究成果，形成了一本詳明的專集，并獲得國(guó)內(nèi)外一致好評(píng)與認(rèn)可。

1.2 勘探技術(shù)的研究

我國(guó)于1999年在南海的北部陸坡區(qū)域?qū)μ烊粴馑衔镞M(jìn)行了深度調(diào)查與研究，其工作量相當(dāng)龐大，主要包括對(duì)4470千米的近海區(qū)域進(jìn)行高分辨率多道地震的采集與處理，在海底淺表層設(shè)置138個(gè)站位進(jìn)行地質(zhì)取樣，設(shè)置59個(gè)站位進(jìn)行海底攝影，其中，淺層剖面的厚度達(dá)到2100千米。此項(xiàng)調(diào)查與研究取得了一定的成果，終于發(fā)現(xiàn)天然氣水合物資源所存在的一些地球化學(xué)、物理以及地質(zhì)方面的異常標(biāo)志，并初步證實(shí)：在我國(guó)海域中有天然氣水合物資源的存在。

我國(guó)于2002年正式啟動(dòng)了被命名為“118專項(xiàng)”的天然氣水合物的調(diào)查與研究項(xiàng)目，專門(mén)對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)深入研究。2006年，我國(guó)啟動(dòng)“”計(jì)劃，再次對(duì)如何勘探與開(kāi)發(fā)天然氣水合物資源的一些關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，此計(jì)劃被定義為重大專項(xiàng)，并設(shè)置了7個(gè)相關(guān)課題，主要包括如何勘探、取心、成藏以及開(kāi)采天然氣水合物等方面的內(nèi)容。此項(xiàng)研究最大的收獲就是分別從陸上與海上獲得了天然氣水合物的真實(shí)樣品，為我國(guó)勘探技術(shù)的進(jìn)展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

國(guó)土資源部于2007年5月在南海神狐進(jìn)行鉆探取樣，成功獲得了天然氣水合物資源的巖心，當(dāng)時(shí)取樣處的水深約為1800米，天然氣水合物資源藏埋于300米深的區(qū)域，其測(cè)量厚度分布于18-34米的區(qū)間范圍內(nèi)。對(duì)所獲得的天然氣水合物進(jìn)行測(cè)算，其分解氣主要為CH4，占據(jù)了水合物的99%，其中，水合物的飽和度區(qū)間范圍是20%-45%。經(jīng)過(guò)一系列的探討與研究，終于圈定了多個(gè)天然氣水合物的有利遠(yuǎn)景區(qū)，主要分布于瓊東南海、神狐海域、東沙海域以及西沙海槽。

2008—2010年，經(jīng)由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查中心的聯(lián)合與組織，我國(guó)105支勘探隊(duì)伍在祁連山木里區(qū)域進(jìn)行施工，包括一些勘探技術(shù)研究所、地質(zhì)科學(xué)院以及礦產(chǎn)研究所等。通過(guò)對(duì)祁連山的凍土區(qū)展開(kāi)科學(xué)合理的鉆探工程，最終獲得了天然氣水合物的樣品。

1.3 開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究

隨著我國(guó)勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)天然氣水合物的開(kāi)采技術(shù)也展開(kāi)了深入研究，并取得了一定的成效。中國(guó)石油大學(xué)建立了水合物的成藏實(shí)驗(yàn)裝置，其體積接近200升，操作壓力能夠達(dá)到32兆帕，除了將壓力、溫度等一些常規(guī)因素考慮其中，還將地質(zhì)構(gòu)造、擾動(dòng)、流量、地溫梯度以及供氣方式等因素納入天然氣水合物成藏的考察范圍之內(nèi)，能夠同時(shí)運(yùn)用熱、電、聲來(lái)對(duì)水合物的空間分布情況進(jìn)行探測(cè)，并能模擬出各種演化過(guò)程與成藏方式。我國(guó)也建立了天然氣水合物的開(kāi)發(fā)裝置，有效體積為117.8升，溫度變化的區(qū)間范圍是-15℃-190℃，模擬開(kāi)采時(shí)的儲(chǔ)層壓力為30兆帕，在這項(xiàng)裝置中，設(shè)置了3根的光纖探針、4個(gè)配備了高像素?cái)?shù)碼相機(jī)的可視窗口，已達(dá)到可視化的目的，同時(shí)還設(shè)置了6個(gè)濃度探測(cè)器與144個(gè)溫度探測(cè)器，以便在開(kāi)采過(guò)程中探測(cè)天然氣水合物的變化特征。

針對(duì)開(kāi)發(fā)技術(shù)所開(kāi)發(fā)的軟件，可用于不同開(kāi)采形式的模擬研究，具體包括聯(lián)合開(kāi)采、注劑、降壓、電磁加熱以及注熱等。而對(duì)于一些復(fù)雜的地質(zhì)條件，如裂縫結(jié)構(gòu)、多孔介質(zhì)等，模擬軟件均能適用，還能在井網(wǎng)部署中進(jìn)行模擬，為水合物資源的開(kāi)發(fā)提供了新手段。

在水合物的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必然存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)防控技術(shù)也有所加強(qiáng)。水合物資源無(wú)序分解后會(huì)發(fā)生氣體擴(kuò)散、溶解、上升以及溢出海面，并極有可能導(dǎo)致大氣與海水發(fā)生變化，針對(duì)這一問(wèn)題，我國(guó)也建立了相應(yīng)的計(jì)算模型。

2 天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)的建議與展望

天然氣水合物廣泛分布于自然界中，由于該領(lǐng)域的勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)還十分有限，導(dǎo)致人類(lèi)對(duì)天然氣水合物的評(píng)估與認(rèn)識(shí)仍處于起步階段，因此，對(duì)其利用價(jià)值還亟待進(jìn)一步挖掘。除了受科學(xué)技術(shù)的制約外，還受到石油、煤層氣、天然氣、油砂、頁(yè)巖氣等其他資源開(kāi)發(fā)情況，以及各國(guó)實(shí)際國(guó)情的制約。另外，對(duì)天然氣水合物的勘探與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必然引起一系列的工程地質(zhì)災(zāi)害及氣候環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。因此，務(wù)必結(jié)合本國(guó)國(guó)情與各種能源的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，并對(duì)天然氣水合物的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行確認(rèn)，這樣才能使這一能源為人類(lèi)社會(huì)做出巨大貢獻(xiàn)。我國(guó)目前應(yīng)采取以下兩點(diǎn)策略：一方面應(yīng)關(guān)注國(guó)外這方面研究的趨勢(shì)與最新現(xiàn)狀，以便學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的天然氣水合物勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù);另一方面，加入到國(guó)際上水合物的發(fā)展項(xiàng)目中，用較少成本來(lái)分享國(guó)際上較先進(jìn)的研究成果。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，人類(lèi)社會(huì)為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須依賴能源的不斷供給，而天然氣水合物目前是人類(lèi)最理想的潛在能源，若能加強(qiáng)勘探開(kāi)采技術(shù)的研究，將解決人類(lèi)社會(huì)的能源困擾與危機(jī)。近些年來(lái)，我國(guó)雖然在此項(xiàng)技術(shù)上取得了一定的成就，但整體實(shí)力依然同發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的距離，因此，在加強(qiáng)技術(shù)研究的同時(shí)，還應(yīng)及時(shí)加大國(guó)際合作力度。

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